新型Fe基磁致伸缩材料的探索与性能研究

摘要

磁致伸缩材料是一种重要的新型功能材料，在微传感，微驱动，磁记录领域具有广泛的应用前景。本文利用电弧熔炼的方法制备了不同成分的Fe1-xCox系列合金和Tb1-xPrxFe3系列合金，通过X射线衍射仪(XRD)，震动样品磁强计(VSM)和综合磁参量测量系统对样品的晶体结构及磁致伸缩性能进行了研究。并采用基于密度泛函理论第一性原理理论下的平面波赝势方法，利用广义梯度近似(GGA)理论对Fe-Co合金的弹性常数和电子结构进行了计算。
　　利用真空电弧熔炼的方法制备了Fe1-x-Cox（x=0.4~0.8）系列合金。研究发现，Co含量较高（x=0.8）时，合金中相结构为体心立方（bcc）与面心立方（fcc）相共存，而Co含量低于0.7时，合金为单相结构（bcc相）。合金的室温磁致伸缩随Co含量的增加呈现波动性变化，在Co含量为0.45和0.7时，合金的磁致伸缩取极大值，分别为92ppm和80ppm。
　　利用第一性原理对FeCo合金的弹性性能进行了分析，由计算结果可知，当合金成分为Fe1Co15时，C11-C12<0，表明该结构力学不稳定，与实验结果一致（室温XRD分析表明该成分为两相共存结构）。其余成分的计算结果都符合力学稳定条件。弹性模量的计算结果表明，在Fe1-x-Cox合金中随着Co含量的增加，弹性模量呈现出先升高而后降低的趋势，弹性模量最大值出现在Co含量为31％附近，而后随Co含量的增加弹性模量逐渐降低，Co含量为20%左右时弹性模量最低。结合实验分析，我们认为，Fe0.3Co0.7合金中存在的巨磁致伸缩效应是由材料弹性模量软化相关。
　　对Tb1-xPrxFe3（x=0，0.2，0.4，0.6，0.8，1）系列合金的研究发现，经过退火处理的样品，在Pr含量低于0.4的样品中主相为1:3相，少量的第二相为2:17相。然而当x=0.4时，合金中析出了一种新的结构，经过对比后发现与Hf1.2Zr0.8Fe合金的相结构接近，初步判定其为一种新型的稀土间金属化合物R2Fe。在进一步的结构分析中发现，淬火处理不利于与这种新结构的合成。关于这类新型稀土过渡族化合物的性能有待进一步深入的研究。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 磁致伸缩理论

1.3 磁致伸缩材料简介

1.4 磁致伸缩材料的应用

1.5 本论文研究的内容及意义

第二章 实验方法、原理及计算理论

2.1 样品的制备

2.2 测试方法及原理

2.3 计算理论简介

第三章 FexCo1-x合金的结构与磁致伸缩性能

3.1 引言

3.2 实验方法

3.3 实验结果与分析

3.4 小结

第四章 Fe-Co合金弹性模量的理论计算

4.1 弹性力学简介

4.2 材料的弹性常数

4.3 计算方法

4.4 计算结果与讨论

4.5 小结

第五章 TbxPr1-xFe3合金的结构与磁致伸缩性能

5.1 引言

5.2 实验方法

5.3 Tb1-xPrxFe3系列合金的实验结果与分析

5.4 Tb1-xPrxFe3系列淬火合金的结构及磁致伸缩性能

5.5 小结

第六章 结论

参考文献

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